如何科學地聊足球

香蕉球原理


? ? ? 足球是一個團體性的競技項目,幾乎所有的進球,都得靠團隊共同努力。如果想憑一己之力扭轉(zhuǎn)乾坤,取得勝利,只有一種方式——任意球得分。在足球場上,能夠靠任意球直接破門的球員,相當于武俠小說中行走江湖的刺客,殺人于無形。而他們憑借的利器主要有兩種——香蕉球和電梯球。

香蕉球原理

? ? ? 香蕉球,因為球運動的路線是弧形的,類似香蕉的形狀,因而得名。而且由于其代言人顏值極高,所以“香蕉球”幾乎達到家喻戶曉的程度——英格蘭帥哥貝克漢姆杰出的香蕉球功夫,被中國球迷譽為“貝氏弧線”。

? ? ? 香蕉球為什么會在飛行中拐彎?這就不得不提到著名的伯努利原理,即流體速度增加將導致壓強減小,流體速度減小將導致壓強增加。

? ? ? 當足球在空中一邊飛行一邊自轉(zhuǎn)時,會帶動其表面空氣同時旋轉(zhuǎn),其一側空氣轉(zhuǎn)動的線速度和球的前進速度疊加,使得迎面氣流相對速度增加;而另一側情況恰恰相反,空氣轉(zhuǎn)動的線速度和球前進速度部分抵消,迎面氣流相對速度被減緩,從而使球兩側的氣流速度與球飛行的速度不一致。根據(jù)伯努利原理,空氣流速度大的一側會形成一個低壓區(qū)域,而另一側則形成高壓區(qū)域。足球兩側的壓力差,導致球受一個從高壓區(qū)指向低壓區(qū)的合力作用,這個合力使球偏離原直線運動方向。

? ? ? 設想一下,有個小朋友跟著一個超級大的足球一起向前運動,當球體本身不轉(zhuǎn)動的時候,他無論在左側還是在右側,都會受到同樣迎面而來的空氣流拂面。而當球體本身開始高速旋轉(zhuǎn)時,在右側的他會發(fā)現(xiàn)足球轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的風力能夠部分抵消之前的拂面氣流;而在左側時,他將同時受到拂面氣流和足球轉(zhuǎn)動所帶動的風力兩者的疊加作用。這就是為什么足球在旋轉(zhuǎn)時,兩側氣流流速不同,進而造成壓力差,使足球按照弧線飛行。

? ? ? 所以,踢出香蕉球的秘訣主要在于球的旋轉(zhuǎn)。球旋轉(zhuǎn)得越快,兩邊的壓力差越大,球飛出的弧線也越大。

? ? ? 歷史上,首先發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象的科學家名叫馬格努斯,所以我們把這種原理叫作馬格努斯效應。這種弧線球同樣應用在乒乓球的弧圈球、棒球的旋轉(zhuǎn)球等方面。

? ? ? 對于右腳球員,想要踢出香蕉球,接觸球的部位應該在皮球右下側,需要利用大腿發(fā)力。為了提高球的旋轉(zhuǎn)速度,球員必須扭擺全身,讓身體完全傾斜來增大皮球的內(nèi)旋速度。人的身體,包括腿部產(chǎn)生的自旋性使得腳背觸球的瞬間,讓皮球帶有強烈的旋轉(zhuǎn)。

電梯球原理

? ? ? 電梯球跟香蕉球截然不同,它需要運動員使用腳背內(nèi)側踢出旋轉(zhuǎn)極小但到球門前突然變線下墜的“S型”球,有人形象地比喻為“先將電梯迅速升到6樓(越過人墻),再疾速降到1層”。除此以外,電梯球還有一個特點是,在飛行的過程中,會有一定的飄忽感,讓守門員不好防守。排球中的“飄球”也是同樣的原理,高水平運動員可以讓排球過網(wǎng)后出現(xiàn)周期性的擺動或者突然下墜。

? ? ? 首先,電梯球為什么會突然下墜?


圖片發(fā)自簡書App


? ? ? 我們以威爾士名將文貝爾在2016年歐洲杯對陣斯洛伐克時的進球為例。2016年6月12日,威爾士對陣斯洛伐克,比賽進行到第10分鐘,威爾士獲得前場30碼任意球,貝爾左腳罰出任意球。他主罰任意球的初始球速達到97千米/小時,按照上圖所示的實驗室測量結果,此時的阻力非常小,所以球會隨著初始作用方向迅速上升前進。皮球在飛行過程中逐步減速,當達到某一個臨界值時(科學上用臨界雷諾數(shù)表示),空氣阻力將迅速成倍增加,球瞬間失速,形成下墜球。按照上圖的風洞實驗結果可以看到,在皮球的飛行速度降為50千米/小時時,阻力就將成倍增加,形成下墜球。所以,踢電梯球時需要與球門有一定的距離,才能發(fā)揮威力,否則皮球還沒來得及失速下降,就超過球門的位置了。

? ? ? 其次,電梯球為什么會飄忽不定?

? ? ? 電梯球的關鍵在于球身旋轉(zhuǎn)速度很小,球員踢球使出的全部力量幾乎都轉(zhuǎn)化為前行方向上的動能,皮球在剛踢出的瞬間就獲得極高的速度。由于現(xiàn)代足球設計得越來越輕質(zhì),同時為了防止皮球過“圓”,還特別增加了縫深和摩擦,使得皮球在高速前行過程中,很容易因為表面粗糙度不同,導致產(chǎn)生局部氣壓差,最終讓皮球出現(xiàn)小范圍的飄忽晃動,忽上忽下,忽左忽右,令對方難以判斷。

? ? ? 實驗表明,在高速飛行時,“粗糙”的球體要比“純圓”的球體阻力更小,飛得更快更遠;另外,從右圖可以看出,“粗糙”本身也容易造成不平衡的“飄忽晃動”。

? ? ? 所以,根據(jù)上述原理,想要利用電梯球破門,至少要具備3個要素:球幾乎不旋轉(zhuǎn)、初始球速非常高、距離球門有比較合適的距離。

? ? ? 電梯球觸球部位及觸球方式較為特殊,需要利用腳背偏內(nèi)側接觸皮球,接觸面積越大越好。踢球時小腿快速發(fā)力,用腳背猛抽球身中下端,讓球幾乎無旋轉(zhuǎn)飛出。由于球速很快,一旦球被踢高就無法實現(xiàn)快速墜落,因此踢球時必須要控制好發(fā)力部位,努力壓低球的線路才能獲得好的效果。

? ? ? 專業(yè)的球員在射門時平均球速一般在87千米/小時到96千米/小時,少數(shù)球員能夠踢出超過100千米/小時的球速。能踢出更快球速的球員在場上的有效射程也更遠,可以像成名劍客一樣于萬軍之中取對方上將首級。

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